서울대 이창희 교수팀, 세계 최초 순수한 자외선을 발광하는 고출력 QLED 개발 성공

서울대 이창희 교수팀은 서울대 화학생물공학부 차국헌 교수와 화학부 이성훈교수, 동아대학교 전자공학과 곽정훈 교수와의 공동연구를 통해 세계 최초로 양자점을 이용하여 순수한 자외선을 발광하는 고출력 양자점 발광 다이오드 개발에 성공 하였다.

UV light는 보통 mercury lamp나 갈륨질소 화합물과 같은 무기물로 만들어진 LED를 이용하여 제작되었다. 그러나 mercury lamp는 UV 이외에 넓은 범위의 가시광 파장까지 방출하며, 갈륨질소로 제작된 LED는 제조가격이 높다. 서울대 이창희 교수는 “Quantum dot LED(QLED)는 저비용의 solution process를 적용하여 제작할 수 있어 매력적인 대안이 될 수 있다.”라고 밝혔다.

반도체 재료로 만들어지는 quantum dot은 크기와 모양에 따라 다른 파장을 방출하며, crystal의 크기가 작을수록 빛을 내는 파장은 더 짧아진다. 이교수 팀은 세계 최초로 RGB 가시광선 영역을 넘어서 자외선 영역까지 발광하며, 400nm 보다 짧은 파장의 quantum dot 개발에 성공하였다.

이 교수팀은 UV nanocrystal을 제작하기 위해 고효율의 빛과 zinc sulfide shell을 가진 cadmium zinc sulfide를 활용하여 지름이 3nm보다 작은 light-emitting core를 가지고 377 nm의 true UV 방사선을 방출하는 quantum dot을 만들었다. 이창희 교수는 “우리는 사람들이 quantum dot에 일반적으로 기대하는 파장보다 훨씬 더 짧게 만들 수 있다”고 말했다.

이교수 팀은 2012년에 고효율의 구조와 quantum dot을 적용한 flexible LED를 개발한 바 있으며, UV LED가 화폐의 위조방지 마크를 비출 수 있다는 것을 보여준 바 있으며, 플로리다 대학의 Franky So는 quantum dot으로 위조지폐를 감별할 수 있을 정도로 밝게 빛나는 소자를 제작하는 것은 괄목할 만한 성과라고 밝힌 바 있다. Quantum dot의 수명이 입증될 수 있다면 위조 지폐 감지와 산업 응용분야에 쓰일 수 있는 낮은 가격대의 UV-LED로 사용 될 수 있을 것으로 전망된다.

이 연구 성과는 저명 나노과학 학술지인 Nano Letters (Nano Lett. 2015, DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b00392)에 게재되었으며, 미국 화학회에서 발행하는 Chemistry & Engineering News 5월27일자에 최신 뉴스로 보도되었다.

Quantum dot으로 만들어진 LED는 위조방지 마크를 드러내는데 충분한 UV을 방출한다. 위조 방지 마크는 일반 실내 조명에서는 보이지 않는다. Credit : Nano Letter